Océanographie

Imaginez que votre corps puisse émettre de la lumière chaque fois que vous en avez besoin. Vous n’auriez plus peur dans le noir ou la nuit, car vous pourriez éclairer le monde qui vous entoure. Vous pourriez projeter un nuage clignotant sous votre lit pour aveugler les monstres dans l’obscurité, pendant que vous vous échappiez. De nombreux animaux dans l’océan peuvent en fait faire cela ; ce superpouvoir s’appelle la bioluminescence ! En haute mer, environ les trois quarts de tous les animaux sont bioluminescents, et ces animaux peuvent vivre n’importe où, de la surface jusqu’à 4 000 mètres de profondeur. Cette émission de lumière est un moyen efficace de communiquer avec ses partenaires, d’attirer des proies ou d’échapper aux prédateurs dans l’obscurité des océans.

Introduction

Savez-vous que la plupart des animaux marins ont un super pouvoir que nous n’avons pas ? Il s’agit de la bioluminescence, du grec « bios », qui signifie vie, et du latin « lumen », qui signifie lumière. La bioluminescence est la capacité de certains organismes vivants à émettre leur propre lumière. Le mot bioluminescence peut ressembler à d’autres mots, comme « phosphorescence » (pensez aux jouets phosphorescents) ou « fluorescence » (pensez aux marqueurs surligneurs), mais ce sont des phénomènes complètement différents . La principale différence est que la bioluminescence ne nécessite aucune source de lumière externe, comme le soleil ou une lampe de poche. La bioluminescence est en fait une réaction chimique (plus proche d’un bâton lumineux). Cette réaction a été décrite pour la première fois en 1887 par le biologiste français Raphaël Dubois. La réaction bioluminescente nécessite deux produits chimiques, l’un appelé luciférine (qui s’épuise comme des piles) et l’autre appelée luciférase enzyme. Les deux produits chimiques réagissent ensemble, avec un peu d’oxygène, pour produire de la lumière.

Pourquoi émettre de la lumière ?

Pourquoi les animaux consacrent-ils leur énergie à produire de la lumière ? L’une des raisons pour lesquelles ils émettent de la lumière est que, dans l’océan, la lumière du soleil pénètre à peine à quelques centaines de mètres de profondeur. En dessous, il fait complètement noir. La nuit, même la surface de l’océan est sombre, à l’exception de la faible lueur du clair de lune. La lumière est donc un excellent moyen de communication pour les animaux. Mais avec qui communiquent-ils et qui d’autre voit ces signaux ? Pour les espèces marines, émettre de la lumière ou chercher de la lumière dans l’obscurité les aide à trouver des partenaires ou même de quoi se nourrir. Par exemple, la baudroie utilise son leurre lumineux pour attirer de petites proies qui finiront sans doute dans son estomac (Figure 1A ci-dessous). Bien sûr, comme les proies ne veulent pas être mangées, elles peuvent aussi utiliser la bioluminescence, mais comme moyen de défense. De nombreuses stratégies différentes peuvent être utilisées . Projeter un nuage de mucus luminescent est un moyen d’éblouir les prédateurs pendant quelques secondes (Figure 1B ci-dessous). En effet, imaginez que vous soyez dans une pièce sombre depuis quelques minutes. Si quelqu’un entre et pointe une lampe de poche vers vos yeux, vous serez aveuglé pendant quelques secondes et incapable de voir quoi que ce soit, juste assez de temps pour que la proie potentielle s’échappe.

Certains poissons et calmars utilisent la bioluminescence pour contre-éclairer l’eau (Figure 1C ci-dessus). Normalement, si ces animaux nagent à la surface de l’eau pendant la journée, leur silhouette contre le soleil serait visible pour les prédateurs qui nagent en dessous. Cependant, certains poissons et calmars peuvent produire de la lumière à partir de leur ventre pour perturber la silhouette et les cacher des prédateurs potentiels. Une autre stratégie utilisée par certains calmars et vers consiste à détacher une partie de leur corps pour en faire une cible lumineuse sacrifiée (Figure 1D ci-dessus). Un prédateur poursuit alors la partie détachée et brillante pendant que la proie s’échappe, de la même manière que certains reptiles peuvent détacher leur propre queue pour échapper aux prédateurs. Enfin, certains animaux utilisent la lumière pour attirer de l’aide s’ils sont poursuivis, ce que l’on appelle parfois leur « alarme anti-vol » (Figure 1Eci-dessus). Les animaux lents ou fragiles peuvent avoir du mal à échapper seuls à un prédateur, alors ils utilisent la lumière pour appeler quelque chose de plus gros et de plus méchant qui pourrait vouloir manger l’organisme qui harcèle l’animal fragile.

Diversité des organismes marins lumineux

Les organismes bioluminescents sont rares sur terre, mais vous avez peut-être déjà vu des lucioles bioluminescentes dans votre jardin ou à la campagne. Dans l’océan, en revanche, on les trouve partout. Il existe une grande diversité d’animaux luminescents : poissons, calmars, méduses, certains coraux, différentes sortes de vers marins, cténophores (prononcer « TEEN-o-fours », peigne-méduses), étoiles de mer et crustacés (certaines crevettes, par exemple). Parmi les animaux lumineux encore plus étranges, les pyrosomes sont des organismes qui ressemblent à de longs tubes gélatineux (Figure 2A ci-dessous). Ils émettent une lumière inhabituellement brillante et soutenue et, plus étonnant encore, ils luminescents en réponse à une stimulation lumineuse externe (Figure 2B ci-dessous).

La plupart des émetteurs de lumière verte émis par les animaux marins sont bleus ou verts, qui sont les couleurs (ou longueurs d’onde, en physique) qui se propagent le plus loin sous l’eau. On a observé que les émetteurs de lumière verte se trouvent principalement dans les environnements peu profonds, tandis que les émetteurs de lumière bleu-turquoise sont plus souvent pélagiques.Relatif aux eaux libres de l’océan, par opposition aux régions benthiques de l’océan.Les organismes bioluminescents utilisent l’arc-en-ciel dans son intégralité. Certaines méduses émettent une lumière qui semble violette. Le ver marin Tomopteris ( prononcé « toe-MOP-ter-iss ») émet une lumière jaune sous forme de particules brillantes, une couleur très rare dans les profondeurs marines. Les scientifiques ne comprennent toujours pas comment ni pourquoi Tomopteris produit de la lumière jaune. Enfin, certains poissons, appelés poissons-dragons, émettent même de la lumière rouge. À cette longueur d’onde extrême, nos yeux peuvent à peine voir la lumière rouge, mais nos appareils photo le peuvent. La lumière rouge est probablement utilisée pour rechercher des proies, car la plupart des proies des poissons-dragons ne voient pas non plus la lumière rouge.

La lumière émise par les animaux bioluminescents est généralement de très courte durée, allant de moins d’une seconde à environ 12 secondes. Les motifs lumineux sont très divers. De courts éclairs de lumière vive sont émis par les copépodes, et des nuages ​​de bioluminescence sont produits par certains cténophores, siphonophores (des parents des méduses qui forment de longues chaînes) ou chaetognathes (communément appelés vers flèches). Un autre exemple est celui du concombre de mer, qui n’est pas très joli sous une lumière normale. Cependant, dans l’obscurité, lorsque certains d’entre eux deviennent luminescents, nous pouvons voir d’étonnants motifs lumineux circulaires sur tout leur corps, comme des feux d’artifice vivants. Le plus incroyable est qu’il existe certainement beaucoup plus de motifs bioluminescents cachés dans les profondeurs de l’océan que personne n’a jamais vus.

Les animaux marins de grande taille ne sont pas les seuls à utiliser la lumière de cette manière. Certains organismes microscopiques peuvent également être bioluminescents. Les dinoflagellés (prononcer « dino-FLA-jel-lits ») sont souvent responsables de la bioluminescence observée à la surface de la mer. Leurs traces lumineuses peuvent parfois être visibles la nuit derrière les voiliers ou si vous dérangez l’eau avec votre main, sur la plage. Même les bactéries peuvent être bioluminescentes. Contrairement aux organismes de plus grande taille, la lumière des bactéries bioluminescentes est continue. On trouve des bactéries bioluminescentes partout dans l’océan : libres dans l’eau, attachées à des substances comme les excréments de plancton ou les carcasses, ou même dans les intestins des poissons. Ces bactéries peuvent également être trouvées en symbiose avec d’autres animaux, vivant dans des organes lumineux spécifiques de certains poissons ou calmars. Comme une équipe, dans laquelle chaque membre de l’équipe apporte quelque chose d’utile, le plus gros animal fournit des nutriments (nourriture) aux bactéries et, en retour, utilise la lumière bactérienne pour attirer des proies. Un exemple courant est la baudroie. Ce poisson, qui vit très profondément dans l’océan, possède sur sa tête un leurre luminescent rempli de bactéries lumineuses, agissant comme une canne à pêche. La baudroie et les bactéries vivent ensemble dans une relation symbiotique. Cependant, la bioluminescence par symbioseInteraction ou relation vivante étroite entre des organismes d’espèces différentes, généralement avec des avantages pour l’un ou les deux organismes.n’est pas courant et la plupart des organismes sont autoluminescents, en utilisant des cellules spécialisées appelées photophoresOrgane émetteur de lumière présent chez certains animaux bioluminescents.

Quelle est la fréquence de la bioluminescence dans l’océan ?

Des chercheurs en sous-marin ont rapporté que, lors de leur descente dans les profondeurs de l’océan, de nombreuses créatures dérangées par le véhicule scintillaient. Cependant, il reste très difficile d’observer ces animaux lumineux dans leur environnement, à plusieurs milliers de mètres sous la surface de l’océan. Des analyses récentes estiment que 76 % des organismes pélagiques (ceux qui vivent en pleine eau) ont la capacité d’émettre de la lumière. Cela signifie que la plupart des animaux vivant entre la surface et les profondeurs de l’océan ont ce super-pouvoir. Pour les organismes benthiquesRelatif au fond de la mer ou aux organismes qui y vivent.Chez les organismes vivant près du fond, le pourcentage est un peu plus faible : environ 40 % de ces animaux sont bioluminescents (Figure 3 ci-dessous). Cette variabilité est liée aux longueurs d’onde de la lumière les plus visibles dans ces environnements. Pourquoi y a-t-il un pourcentage si différent d’animaux pélagiques lumineux par rapport aux animaux benthiques ? L’une des principales hypothèses est que la bioluminescence est un moyen de communication. Pour communiquer avec une personne éloignée, la lumière est très efficace dans le milieu pélagique. Au contraire, pour les animaux benthiques, les obstacles sont nombreux : rochers, fissures, grottes, ou l’eau peut être trouble à cause des sédiments soulevés par les courants marins. Par conséquent, l’utilisation de la lumière n’est probablement pas aussi efficace pour les organismes benthiques. La lumière pourrait également être moins nécessaire pour les animaux du fond, car il y a de nombreux endroits où se cacher.

Conclusion

La bioluminescence est un superpouvoir fascinant que possèdent de nombreuses créatures marines vivant dans nos océans et que l’on voit souvent dans les films ou les séries télévisées. Si les scientifiques connaissent cette capacité et son mécanisme depuis des siècles, nous sommes encore loin de tout comprendre sur la bioluminescence. En effet, les chercheurs n’ont pas encore découvert toutes les raisons pour lesquelles les animaux ou les bactéries sont bioluminescents. De plus, la réaction chimique qui crée la bioluminescence, bien que connue pour certains animaux, reste encore secrète pour de nombreux autres animaux, comme certains vers et de nombreux poissons.

Il est important pour les scientifiques de continuer à étudier la bioluminescence, car cette capacité fascinante des organismes reste non décrite ou à peine comprise chez de nombreux animaux, alors qu’elle a une importance majeure dans l’océan sombre.

Glossaire

Bioluminescence : Émission de lumière par des organismes vivants.

Luciférine : Produit chimique agissant avec la luciférase lors de la réaction chimique de bioluminescence.

Luciférase : Une enzyme impliquée dans la réaction chimique de bioluminescence.

Pélagique : Relatif aux eaux libres de l’océan, par opposition aux régions benthiques de l’océan.

Symbiose : Interaction ou relation vivante étroite entre des organismes d’espèces différentes, généralement avec des avantages pour l’un ou les deux organismes.

Photophore : Organe émetteur de lumière présent chez certains animaux bioluminescents.

Benthique : Relatif au fond de la mer ou aux organismes qui y vivent.

Conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêt potentiel.

Citation

Martini S et Francis WR (2020) L’océan sombre est plein de lumières. Front. Young Minds. 8:69. doi: 10.3389/frym.2020.00069

Éditeur
Sanae Chiba

Mentors scientifiques
Briana Mittleman

Dates de publication
Soumis le : 4 décembre 2019 ; Accepté le : 20 avril 2020 ; Publié en ligne le : 28 mai 2020.
Droits d’auteur © 2020 Martini et Francis

Source : Frontières pour les jeunes esprits